Question

7．工業(yè)上可以用廢鐵屑制備活性Fe₃O₄，流程如圖1：

（1）在制備過(guò)程中，不但要將塊狀固體原料粉碎、磨成粉末，作用是增大反應(yīng)物之間的接觸面積，增加反應(yīng)速率，提高生產(chǎn)效率．
（2）在合成池里生成Fe₃O₄的離子方程式為Fe²⁺+2Fe³⁺+8OH^-=Fe₃O₄↓+4H₂O．
（3）根據(jù)流程可知，配料中心很可能使混合物中的Fe₂O₃與Fe物質(zhì)的量之比接近4：1．
（4）某同學(xué)利用廢鐵屑（含F(xiàn)e和Fe₂O₃）來(lái)制取FeCl₃•6H₂O晶體，同時(shí)測(cè)定混合物中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，裝置如圖2（夾持裝置略，氣密性已檢驗(yàn)）：
操作步驟如下：
I．打開(kāi)彈簧夾K₁、關(guān)閉彈簧夾K₂，并打開(kāi)活塞a，緩慢滴加鹽酸．
Ⅱ．當(dāng)…時(shí)，關(guān)閉彈簧夾K₁打開(kāi)彈簧夾K₂，當(dāng)A中溶液完全進(jìn)入燒杯后關(guān)閉活塞a．
Ⅲ．將燒杯中溶液蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾后得到FeC1₃•6H₂O晶體．
請(qǐng)回答：
①操作Ⅱ中“…”的內(nèi)容是當(dāng)A中固體完全消失，燒杯中的現(xiàn)象是無(wú)色溶液逐漸變黃，有氣泡產(chǎn)生，相應(yīng)的方程式是2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O、2H₂O₂ $\frac{\underline{\;FeCl_{3}\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑_．（是離子反應(yīng)的寫(xiě)離子方程式）
②若混合物質(zhì)量為m g，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后測(cè)得B中所得的氣體是V mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況時(shí)），該同學(xué)由此計(jì)算出此廢鐵屑中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是$\frac{V}{400m}$，該數(shù)值比實(shí)際數(shù)值偏低，若實(shí)驗(yàn)過(guò)程操作無(wú)誤，偏低的原因是Fe³⁺和Fe發(fā)生反應(yīng)消耗部分Fe，使與鹽酸反應(yīng)的Fe相應(yīng)減少．

Answer 1

分析 （1）固體的表面積越大，反應(yīng)速率越快；
（2）Fe²⁺與Fe³⁺在堿性條件下反應(yīng)生成Fe₃O₄；
（3）沒(méi)有氣體產(chǎn)生，說(shuō)明鐵剛好使三價(jià)鐵轉(zhuǎn)化為二價(jià)鐵，由于在1molFe₃O₄中可以認(rèn)為有二價(jià)的氧化亞鐵和三價(jià)的三氧化鐵各1mol，設(shè)Fe為Xmol，F(xiàn)e₂O₃為ymol，生成1molFe₃O₄，根據(jù)Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺解題；
（4）①裝置A中的鐵完全消失，反應(yīng)結(jié)束；打開(kāi)彈簧夾K₂，反應(yīng)生成的氯化亞鐵被雙氧水氧化成氯化鐵，同時(shí)有氧氣放出；根據(jù)氯化亞鐵被雙氧水氧化、生成的氯化鐵作催化劑使雙氧水分解情況，寫(xiě)成反應(yīng)方程式；
②“用m g含有鐵銹（Fe₂O₃）的廢鐵屑來(lái)制取FeCl₃•6H₂O晶體”，氧化鐵溶于鹽酸，生成的三價(jià)鐵離子能夠消耗鐵；

解答 解：（1）固體的表面積越大，反應(yīng)速率越快，所以在工業(yè)生產(chǎn)中，將塊狀固體磨成粉末，并在反應(yīng)池中安裝攪拌機(jī)，目的是增加反應(yīng)速率，故答案為：增大反應(yīng)物之間的接觸面積，增加反應(yīng)速率，提高生產(chǎn)效率；
（2）Fe²⁺與Fe³⁺在堿性條件下反應(yīng)生成Fe₃O₄，反應(yīng)的離子方程式為：Fe²⁺+2Fe³⁺+8OH^-=Fe₃O₄↓+4H₂O；故答案為：Fe²⁺+2Fe³⁺+8OH^-=Fe₃O₄↓+4H₂O；
（3）沒(méi)有氣體產(chǎn)生，說(shuō)明鐵剛好使三價(jià)鐵轉(zhuǎn)化為二價(jià)鐵，由于在1molFe₃O₄中可以認(rèn)為有二價(jià)的氧化亞鐵和三價(jià)的三氧化鐵各1mol，
設(shè)Fe為Xmol，F(xiàn)e₂O₃為ymol，生成1molFe₃O₄，根據(jù)Fe+2Fe³⁺=3Fe²⁺則有：
X+2Y=3；3X=1
解得X=$\frac{1}{3}$；Y=$\frac{4}{3}$，故Fe₂O₃與Fe物質(zhì)的量之比為4：1；
故答案為：4：1；
（4）①當(dāng)A中固體完全消失，鐵完全和鹽酸反應(yīng)后，反應(yīng)結(jié)束；當(dāng)A中溶液完全進(jìn)入燒杯，生成的氯化亞鐵被氧化成黃色的氯化鐵，生成的氯化鐵作催化劑，使雙氧水分解，反應(yīng)的方程式為：2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，2H₂O₂ $\frac{\underline{\;FeCl_{3}\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑，
故答案是：當(dāng)A中固體完全消失；無(wú)色溶液逐漸變黃，有氣泡產(chǎn)生；2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，2H₂O₂ $\frac{\underline{\;FeCl_{3}\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；
②由于廢鐵屑中含有氧化鐵，和鹽酸反應(yīng)生成的三價(jià)鐵離子能夠和鐵反應(yīng)，導(dǎo)致鐵減少，置換的氫氣體積減少，
故答案是：Fe³⁺和Fe發(fā)生反應(yīng)消耗部分Fe，使與鹽酸反應(yīng)的Fe相應(yīng)減少．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)的分離、提純和除雜以及鐵屑中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和制取氯化鐵晶體，涉及了較多的化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)、質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計(jì)算、實(shí)驗(yàn)操作等知識(shí)，難度中等，注意實(shí)驗(yàn)基本操作方法，把握實(shí)驗(yàn)原理．